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气候变化与人类活动对西北地区植被NPP不同时间尺度变化影响的相对重要性

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摘要

第一章绪论

1.1选题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1植被NPP估算模型研究进展

1.2.2植被NPP变化动态及其驱动力研究

1.3研究目标及内容

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

1.4研究关键问题、技术路线及创新点

1.4.1研究关键问题

1.4.2技术路线

1.4.3论文结构

1.4.4创新点

第二章研究区概况和研究方法

2.1研究区概况

2.1.1自然环境概况

2.1.2社会经济概况

2.2数据处理

2.2.1 NDVI数据处理

2.2.2气象数据处理

2.2.3植被类型处理

2.3模型与方法

2.3.1 ANUSPLIN空间插值

2.3.2基于CASA模型的NPP估算

2.3.3集合经验模式分解(Ensemble empirical mode decomposition,EEMD)

2.3.4 Mann-Kendall检验(M-K)方法

2.3.5 Hurst指数

2.3.6残差趋势(Residual trend,RESTREND)方法

第三章西北六省植被NPP变化趋势及其持续性

3.2.1植被NPP多年平均的空间分布

3.2.2不同植被类型NPP长期变化趋势

3.2.3植被NPP长期变化趋势

3.2.4植被NPP变化的可持续

3.3本章小结

第四章不同时间尺度植被NPP变化空间异质性

4.1植被NPP的多时间尺度分析

4.2不同时间尺度植被NPP变化空间异质性

4.3本章小结

第五章气候变化与人类活动对植被NPP不同时间尺度变化影响的相对重要性

5.1气候变化多时间尺度分析

5.1.1西北六省气温、降水的时空变化

5.1.2气候变化多时间尺度分析

5.2不同时间尺度NPP与气候变化相关性的空间异质性

5.2.1 3年尺度植被NPP与气候变化关系

5.2.3植被NPP长期变化趋势与气候长期变化趋势相关性的空间分布

5.3基于RESTREND的气候变化和人类活动对植被NPP不同时间尺度变化影响的相对重要性

5.3.1气候变化和人类活动对NPP不同时间尺度变化影响的相对重要性

5.3.2基于多时间尺度分析的气候变化与人类活动对NPP变化的相对重要性

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2论文不足

6.3展望

参考文献

项目支持

致谢

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摘要

随着“一带一路”重大战略的提出,“一带一路”沿线地区的经济开发和建设得到了广泛的重视和开展,同时经济的发展对当地的植被生态保护带来了严重挑战。净初级生产力(NPP)是评价生态系统植被生长的重要参数,也是评价生态环境质量的重要指标。西北六省作为“一带一路”的枢纽地带,在自然因素和人类活动的共同驱动下,植被覆盖发生了较大的改变。研究该区植被NPP不同时间尺度变化及其与驱动因子的相关性,有助于揭示全球变暖背景下植被NPP对气候变化和人类活动的响应机制,加深对该地区生态环境状况的了解,为该区域的经济和生态环境的可持续发展提供科学支撑。
  本文以1982-2015年GIMMS NDVI数据和气象数据为基础,利用CASA模型,估算了西北六省34年NPP值,基于EEMD方法,分析了NPP不同时间尺度的时空动态,并利用RESTREND残差趋势法定量计算了气候变化和人类活动对NPP不同时间尺度动态变化影响的相对贡献。研究结果发现:
  (1)1982-2015年生长季植被NPP平均值具有明显的空间差异,总体上呈现出西北、东南、东北高,中间低的特征;植被生长季NPP总体呈增加趋势,线性增长率为0.718gC·m-2·a-1;大多数地区植被NPP在未来将持续保持现有变化趋势,尤其是内蒙古南部一带,青藏高原和塔里木盆地边缘。
  (2)植被NPP动态特征表现为以3年和长期增加趋势为主。陕西南部、新疆北部、宁夏北部、甘肃北部、青海北部以及内蒙古中部和北部以3年周期变化为主导,而陕西北部、甘肃南部、宁夏南部、新疆南部以及内蒙古东部长期变化为主。而植被类型中,灌木,草地和农田以3年周期变化和长期增长趋势为主,针叶林、阔叶林以及混交林以3年周期变化为主。
  (3)随着时间尺度的增大,植被NPP变化与温度、降水之间的关系越来越显著。3年时间尺度上,大多数地区植被变化与气温和降水相关性都不显著(p>0.05)。在6年时间尺度上,植被NPP与降水量之间的正相关区域有向南扩散的趋势。青海南部高寒草甸由负相关转为正相关。在长期趋势上,植被NPP与气温和降水量的正相关和负相关关系都非常显著,NPP与气温和降水呈正相关的区域大于负相关的区域。
  (4)气候变化对植被NPP变化的影响越来越大。3年时间尺度上,人类活动对植被NPP动态变化的贡献大于气候变化。在6年时间尺度上,气候变化对植被的影响区域扩大,但是人类活动仍然是植被NPP的主导因子。在长期趋势上,气候变化是NPP长期变化的主导因子,而人类活动对其影响甚微。整体上,NPP动态变化受气候变化影响较大;对于整个时间序列而言,气候的变化有助于植被生长,而人类活动阻止植被生长。
  本研究发现多时间尺度分析可以很好地揭示植被NPP变化,以及气候变化和人类活动对植被NPP不同时间尺度变化的影响。本研究对于评价气候变化和人类活动共同作用下的生态坏境风险,并制定应对策略具有重要理论意义,为西北六省区域可持续发展和生态环境保护提供科学依据。

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